基于步进电机、plc、触摸屏的水轮机调速器的电控设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于步进电机、plc、触摸屏的水轮机调速器的电控设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

触摸屏上指出故障部件。 (14) 跟踪功能：电气部分可跟踪机械手动，机械手动切至自动或电手动时不需任何调整，为无扰切换。 3 DKTK 系列电机控制式微机调速器 主要调节参数整定范围 比例系数 KP ～ 20 积分系数 KI ～ 10（ 1/S） 微分系数 KD 0～ 5(S) 永态转差系数 bp 0～ 10% 频率人工死区△ f 0～ % 频率给定范围 fG 50177。 5HZ 功率给定范围 PG 0～ 100% 其它技术数据 工作油压 ； 主配压阀直径 φ 80、φ 100、φ 150（ mm） 工作电源： AC220V ≯ 200W DC110V 或 220V ≯ 200W 本调速器具有如下功能： 频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制； 频率跟踪：当跟 踪功能投入时，机组频率自动跟踪电网频率，可实现快速自动准同期并网。 4 自动调整与分配负荷：机组并入电网 ,调速器将根据其整定的 bp值和电网频差，自动调整机组的出力。 负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能（ ）。 开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作。 手动操作：具有电手动操作和机械手动操作功能，并可无条件、无扰动地实现自动运行与手动操作的相互切换。 能采集并显示调速系统的主要参数，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出和调节器的整定参数等。 有完善的通讯功能，为电站监 控系统设置了标准、可靠的接口，能方便地实现与上位机的通讯。 应用户需要，可带上频率计的相关功能。 经过我们小组的探讨我们决定选型方案 2的微机调速器。 5 第二章 系统结构 系统结构框图 电气L开限A/D模 块反馈信号 机反馈步进电水头 导叶机组P 有功 操作 终端触摸式工业平板PC机上位机接器力计算机通讯模块电机械液压系统导叶接力器反馈+数字放大器+开环增量1I177。 Yc＇+++p＇P功率死区＇pc177。 KKpEp++永态差值环节人工开度死区cyyKpgKp cYc开度给定给定功率Pc功率测量频率测量gppgKPg功率机组YbpYYISIV+T1SDKSIK+IYDYPY(I)积分(D)微分pK频率测量gFfKfg机组频率cFF n频率测量fKfKfc频率fn频率电网＇FF人工频率死区E f+(P)比例++++Ey给定机进步 无油电液转换器电机反馈 系统结构框图 框图说明 1．频差Δ f 1) 油开关合或油开关分但网频不正常或油开关分且跟踪频给时 Δ f=fGfJ 2) 油开关分且网频正常并跟踪网频时 Δ f=fWfJ 3) 频率死区 E（可以设定） ①频率调节 E=0 ②功率调节 E= 6 2．给定与实际差值Δ 1) 频率调节模式 Δ =YGYPIG 2) 功率调节模式 Δ =PGP 3) 功率死区 Ep ①频率调节模式 Ep=0 ②功率调节模式 Ep=0~5%PN（可调整） 4) 永态转差系数 bp ○ 1 频率调节模式 bp=0% ○ 2 开度调节模式 bp=0— 10％ ○ 3 功率调节模式 bp=0— 10％ 系统工作原理 整个调节器采用多 CPU 构成模式，每个模块完成不同的任务，结构上采用“积木”式模块结构，这种将复杂的任务分成多任务的分开处理的方式，提高了系统的可维护性能及可靠性，不但有利于单个模块“软升级”，还能实现整个调节器系统的“升级”，并保持了良好的兼容性。 ①测频模块由高性能 CPU 构成，完成频率的测量任务，并将机组频率和 电网频率通过通讯总线传输给 PLC，能实现“软升级”。 ②由导叶反馈装置的导叶位置传感器，将导叶位置电信号送至 A/D 模块，并可由有功功率变送器将测得的有功电信号分别送至 A/D模块，经 A/D 模块转换环节取得导叶位置信号及有功信号。 ③由开关量输入模块采集二次的开、停机、增、减等命令。 ④以上所有输入信号送至 CPU 模块，由 CPU 按调节规律分析计算出相应的导叶控制信号及状态信号（包括故障等），送开关量输出模块完成控制输出和状态输出。 ⑤开关量输出模块按计算控制值对应宽度脉冲的开或关信号，控制数字式机械液压系统的无油 电转正、反运动，使导叶按照调节规律的要求动作，并在故障时，动作报警信号。 ⑥通讯单元负责与上位机通讯，发送或接受上位机的命令。 7 ⑦工业平板 PC 机作为中文人机交互界面，完成调速器的现场操作命令及状态数据显示等功能，也可通过其通讯接口与远方通讯。 水轮机调节系统是一个本质非线性、时变、非最小相位系统，其控制性能指标与稳定性一直是人们所关注的问题。 随着控制技术的发展，水轮机调速系统的控制规律也在不断地发展和完善。 虽然近年来，自适应控制，变结构时变参数自完善控制，模型参考多变量最优控制等基于现代控制理论的控 制模型和控制方法也被提出并进行了大量的理论研究，但由于水轮机调速系统是一个时变且存在随机扰动而又相对快速的控制系统，目前，仍然广泛采用 PID 控制规律。 而常规PID 控制系统需要精确的数学模型 ,一般只适用于线性系统，常规的 PID 控制很难得让其具有良好的动态品质。 在这里，我们采用了一种新型 PID 控制器 —— 基本型逻辑控制器 ,俗称九点控制器 ,根据偏差与偏差变化率实际运行状况抽象成九个工况点（强加、稍加、弱加、微加、保持、微减、弱减、稍减、强减 9 种工况） ,从而给出相应的控制策略进行有效的控制。 其基本思想是控制器根据控 制系统的实际运行模式特征 ,不断地改变或调整控制决策 ,以便使控制器本身的控制规律适应于控制系统的需要 ,获得良好的响应性能。 由于这种控制器产生的控制作用只取决于被控对象的运行工况 ,因而对相当广泛的被控对象具有适应性。 由于不同的工况点对应不同控制策略 ,因此又具有 适应式变参数变结构 非线性控制的特点。 控制算法简单 ,易于工程应用的实现。 对于稳定的控制对象 ,能同时得到良好的静态品质和动态品质 ,即使对于不稳定的被控对象也有镇定调控作用。 因此基本型逻辑控制器适合应用于水轮机调速系统中来改善其特性。 该型调速器具有频率调节、开 度调节和功率调节三种控制模式，根据需要可选择不同的控制模式。 这种切换，一是通过操作终端上的触摸键或二次回路接点来完成，二是通过数字通信接口来完成。 采用频率调节模式时，又分为跟踪频给和跟踪网频方式。 跟踪网频方式运行时可实现机组频率跟踪电网频率，这样可以保证机组频率与电网频率相一致，便于并网。 当采用功率调节模式时， PI 环节按功率偏差进行调节，实现机组有功功率恒定。 这种方式运行可以很容易实现全厂 AGC（自动发电控制）。 对于功率给定，它一方面作用于 PI 环节，另一方面通过开环控制直接作用于输出，提高了功率增减速度。 功 率给定为数字量，适用于 8 上位计算机给定。 电气开限环节是针对 PID 运算结果进行限制，限制输出不超过一定值。 数字放大器将 PLC 输出与接力器反馈采集量进行比较放大后输出。 对接力器的控制采用双闭环结构，除接力器反馈外，还有一个电机反馈，以控制无油电转精确定位，补偿电机失步、反向间隙、各种机械误差和磨损等。 9 第三章 系统配置 调速器系统由电气和机械两大部分组成。 柜体结构根据用户要求可选用机械电气分柜或机械电气合柜结构。 电气系统配置 硬件配置 1． 柜体 (1) 机电分柜： 尺寸： 800 600 2300mm 或 800 600 2260mm 颜色：任选 (2) 机电合柜： 尺寸：单调： 750 600 1650mm 双调： 1200 800 1650mm 颜色：任选 2．电源系统 （ 1）开关电源 1： +24V 专供继电器及操作终端 （ 2）开关电源 2： +24V/+36V 专供电机驱动 （ 3） +15V 电源供反馈用 3．面板部分 操作终端 4．控制部分 （ 1）电源模块 （ 2） CPU 模块 （ 3）输入扩展模块 （ 4）输出扩展模块 （ 5） AD模块 （ 6）通讯模块： （ 7）日本 ROZE 公司步进电机驱动器 （ 8）日本三洋公司步进电机 10 软件基本配置 (1) 并联 PID 调节程序采用基本型逻辑控制器。 (2) 实时画面显示、记录及监控软件。 (3) 实时故障诊断程序 (4) 双调数字协联子程序 (5) 机组起停等操作子程序 功能增强软件配置 (1) 与上位机通讯软件 (2) 功率控制闭环调节软件 调试设备及软件（不属于调速 器设备内） (1) PC 机 (2) PLC软件 (3) HGII 水轮机调速器特性综合测试仪 (4) 89C51 单片机编程器 试。